[发明专利]具有绝缘导热层的锂离子二次电池外壳和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，尤指一种具有绝缘导热层的锂离子二次电池外壳和锂离子电池，也包括电池组。

背景技术

锂离子电池通常是由正极、负极、隔膜、电解液及外包装壳体组成。锂离子电池的正极包括正极引出端铝、正极集流体铝箔、正极活性材料、导电剂及粘结剂等。锂离子电池负极通常有负极引出端铜、负极集流体铜箔、负极活性物质石墨及导电剂等。锂离子电池隔膜通常采用离子导通电子绝缘的聚烯烃微孔膜。电解液采用以六氟磷酸锂为电解质的有机非水溶液。锂离子电池的外壳，根据外形的不同，包括圆柱形及方形。根据包装的材质分为铝壳，铁壳，铝塑膜软包装膜，和一些塑料材质的外壳。由于有些设计的锂离子电池外壳带电，直接连接电池的正极或者负极，在实际的应用中，外包装还需要外加一层绝缘材料. 通常采用具有热缩性质的PP、PET、PVC膜，尤其是应用在采用金属外壳作为最外层包装材料的电池设计。

锂离子电池应用在消费电子产品上主要应用在手机终端、智能电话、对讲机、笔记本电脑等便携电子产品。锂离子电池也逐渐应用到大功率的电动工具、电动自行车及电动汽车。用在消费电子产品的锂离子电池对于容量密度的要求较高，单体电池的电压为4.2伏左右。对于便携和耗电量的需求，通常单体容量较低，终端产品的电压要求也不高，大约3-20V的范围。对于手机类型的电池通常只需要单体电池就可以满足应用。对于笔记本电脑产品，通常需要将单体的锂离子电池进行串联和并联使用才能满足电压和电量的需求。对于电动自行车、电动工具的应用，通常需要将单体电池进行最多10-20个串联。在电动汽车上，采用电池作为辅助动力的混合电动车和纯电池作为动力的纯电动汽车，需要高达180v-480v之间的工作电压。单体的电池容量也较消费电子的高出很多，通常采用单体在20Ah以上的，以锰酸锂，磷酸铁锂，镍钴锰酸锂等作为正极材料的锂离子电池。

用电压较低，工作电流较小的消费电子产品，通常在对锂电池封装时采用常规的塑料绝缘材料即可以达到要求，电池本身的工作电流较小，通常没有特别的散热要求。

对于电动工具，锂离子电池电动自行车，电动汽车，由于电池组需要高电压大电流工作，电池组本身的发热较多，加上电池组的安装位置和户外工作的要求，对于电池组的防水防尘封装等级要求较高，通常没有较好的外部散热环境，加上电池组内部的电压可能较高，对于绝缘和散热的要求进一步提高。

目前用在电动工具电池和电动汽车电池的绝缘材料还是主要以绝缘为主，为了解决和改善散热的问题，通常是外加一个金属箔，或金属板或者金属体, 或者导热的石墨板材作为传热和散热的介质。额外的金属材料和导电材料的引入，增加了重量和成本；也同时对于长期使用和维护，在滥用时对绝缘防护带来挑战。

在解决大容量电池和高功率电池的绝缘导热问题的时候，通常采用将两个问题分别提供改善和防护方案，就是采用绝缘材料对电池进行绝缘，然后外加导散热材料进行散热和导热处理。使用的绝缘材料PET、PVC等通常导热差，经过绝缘防护的电池外再加上金属板或者石墨材质的填充物等导热性能较好的材料将热传导，这样总体的散热和绝缘的问题虽然都能得到改善，但是总体的绝缘等级及导热效率受到影响。同时由于使用的这些金属板材和石墨板材的材料本身导电性好，对于整个电池系统又带来了新的绝缘问题。大面积的可导电导热的金属和石墨，增加了电池组的成本，带来重量和绝缘防护的新挑战。

例如目前使用在电动工具的圆柱18650功率型的锂离子电池， 在电池的金属壳体外采用的是具有热收缩功能的PET套管。PET的全称是聚对苯二甲酸乙二醇酯 化学式为-OCH2-CH2OCOC6H4CO- 英文名： polyethylene terephthalate，简称PET，或者聚酯热缩管，热缩温度在150℃以上。PET热缩管的通常厚度为0.1mm。导热系数大约为0.2-0.4W/m.K，熔点在250℃左右。其他常用的热缩绝缘包装材料还有PVC、PE、POF等热缩绝缘膜。它们的热缩温度在100℃左右，常用的厚度范围为0.1-0.3mm。

图1及图2是圆柱18650 锂电池的结构图。其中图1是圆柱的锂离子电池，外壳是金属外壳，图2是外包装的PET套管。 图1装入图2后，PET套管经过加热后收缩，形成对金属外壳的绝缘。

图3为热缩后的圆柱电池。在图1、图2及图3中， 1a1为锂离子电池的正极引出端，1a2为负极引出端，1b为热缩绝缘层，1a3为锂离子电池内部芯体。